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業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，當(dāng)前組件的銷(xiāo)售價(jià)格(尤其中國(guó))已經(jīng)達(dá)到一個(gè)歷史最低點(diǎn)，想要通過(guò)上游材料及電池技術(shù)工藝進(jìn)一步降低成本的空間已經(jīng)變得很小，這種極限讓大家把目光更多的轉(zhuǎn)移到終端的BOS系統(tǒng)上。盡管如此，太陽(yáng)電池生產(chǎn)商及材料、設(shè)備供應(yīng)商仍在做不斷的嘗試，力圖使自己繼續(xù)保留在電池轉(zhuǎn)換效率提升的名單里，同時(shí)絞盡腦汁尋找降低成本的途徑。
細(xì)柵、多柵高效電池組件成趨勢(shì)
仔細(xì)觀察近幾年的太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率的變化，會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)特點(diǎn)，其一，電池轉(zhuǎn)換效率平均約以每年0.3%的提升速度向前發(fā)展，此類(lèi)情況多出現(xiàn)在一線(xiàn)大廠之間，然而提升正逐步放緩，其余二三線(xiàn)電池生產(chǎn)商甚至無(wú)法獲得進(jìn)一步提升；其二，多晶的技術(shù)發(fā)展比單晶要快，獲益于多晶硅片技術(shù)進(jìn)步提升，多晶電池這幾年的效率增長(zhǎng)明顯，多晶組件市場(chǎng)需求增加(尤其在中國(guó))。但不管兩者如何發(fā)展，晶硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率提升已漸漸趨于一個(gè)臨界點(diǎn)，緩慢而難以突破。
組件制造商認(rèn)為生產(chǎn)制造端的技術(shù)與成本控制已經(jīng)到達(dá)一個(gè)極限點(diǎn)，為此把目光更多的放在終端的BOS系統(tǒng)上，電池生產(chǎn)商卻無(wú)法停止，他的職能是生產(chǎn)電池，生產(chǎn)高效高質(zhì)電池。于是一線(xiàn)電池生產(chǎn)商們?nèi)缇О?、天合、韓華、英利、晶科、昱輝、尚德電力、中電光伏、京瓷、夏普等各自開(kāi)發(fā)新的技術(shù)路線(xiàn)，如高效低濃度擴(kuò)散電池、背鈍化結(jié)構(gòu)、MWT背接觸電池、IBC背接觸電池、HIT等。作為電池生產(chǎn)商的材料供應(yīng)商，杜邦、賀利氏、三星、儒興等緊跟電池廠商的節(jié)奏，開(kāi)發(fā)與其電池技術(shù)路線(xiàn)相匹配的導(dǎo)電漿料，甚至共同研究更合適的電池工藝。
圖一：杜邦™ Solamet® PV18x 可實(shí)現(xiàn) > 0.1%的效率提升，來(lái)自其優(yōu)異細(xì)線(xiàn)印刷能力
在兩方面努力下，2013年中國(guó)光伏制造商對(duì)與印刷工藝的需求呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)，由于設(shè)備的進(jìn)一步更新、導(dǎo)電漿料的進(jìn)一步升級(jí)，使超細(xì)柵線(xiàn)太陽(yáng)電池金屬化逐漸成為可能。細(xì)柵、多柵太陽(yáng)電池技術(shù)是在現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上研究開(kāi)發(fā)高方阻細(xì)柵密柵多晶硅太陽(yáng)電池的制備技術(shù)。
該技術(shù)采用高方阻均勻發(fā)射極，摻雜濃度比常規(guī)擴(kuò)散層低，能夠降低載流子的表面復(fù)合速度，提高短路電流密度。需要采用新型正面電極銀漿料，調(diào)節(jié)燒結(jié)工藝，以避免正面電極燒穿p-n結(jié)。通過(guò)增加正面電極細(xì)柵線(xiàn)的數(shù)目，避免串聯(lián)電阻增大、填充因子下降。
2013年晶澳太陽(yáng)能、中利騰輝、尚德電力、力諾光伏、中電光伏等業(yè)內(nèi)知名光伏公司紛紛推出了四主柵、五主柵電池及組件。其中力諾光伏自行設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的四主柵電池片，主流檔位封裝組件功率達(dá)到253.7W。通過(guò)在電池正面采用四條主柵線(xiàn)，力諾光伏稱(chēng)其四柵線(xiàn)電池的填充因子較三柵線(xiàn)電池提高1%以上，有效降低組件總電阻損耗。組件封裝后250W組件的比例提高到60%以上。除此外，力諾還宣布目前五柵電池正在研發(fā)中，預(yù)計(jì)很快將進(jìn)入小批量實(shí)驗(yàn)下線(xiàn)。
中電光伏推出了名為Waratah的高效電池及組件，260W多晶電池效率達(dá)到17.4%，強(qiáng)調(diào)五主柵。中利騰輝也推出全新高效四主柵多晶電池及組件，電池平均效率達(dá)到17.7%，據(jù)中利騰輝光伏技術(shù)研發(fā)副總裁Paul介紹，“目前，中利騰暉四柵高效多晶組件已進(jìn)入批量試產(chǎn)階段，并且60片四柵多晶電池組件255W比例可達(dá)到90%以上。”
值得一提的是，中利騰輝四柵電池組件的量產(chǎn)沒(méi)有更換設(shè)備，是在現(xiàn)有產(chǎn)線(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化及改造。針對(duì)目前各家企業(yè)相繼推出多主柵電池及組件產(chǎn)品，中利騰輝組件技術(shù)經(jīng)理許志祥表示：“這是一種好現(xiàn)象也是一種趨勢(shì)，以前由于技術(shù)問(wèn)題，大家都是傳統(tǒng)的柵線(xiàn)，現(xiàn)在隨著技術(shù)進(jìn)步，可以做到更細(xì)更多，進(jìn)一步提高了單位面積組件的輸出功率。”
事實(shí)上國(guó)外在這塊已有追溯歷史，2009年三菱電機(jī)推出了四主柵，組件效率達(dá)15.4-16%，單晶為16%。日本京瓷也開(kāi)發(fā)了三主柵電池片，并申請(qǐng)獲得日本政府頒發(fā)的專(zhuān)利，這為進(jìn)入日本市場(chǎng)的光伏制造商埋下了專(zhuān)利壁壘。
為了避免京瓷的專(zhuān)利風(fēng)險(xiǎn)，力諾光伏在正面電極設(shè)計(jì)方面大幅區(qū)別于京瓷專(zhuān)利，從而使這一產(chǎn)品有效避免專(zhuān)利訴訟。隨著這一柵線(xiàn)變化的趨勢(shì)，后面會(huì)有更多的企業(yè)追隨并創(chuàng)新，預(yù)計(jì)未來(lái)正面電極除了保持常規(guī)的性能外，配合光伏電池制造商對(duì)電池表面的設(shè)計(jì)也將是一項(xiàng)需要思考的工作。
在光伏多晶電池工藝中，早些年線(xiàn)寬要印到120-130µm，電池效率僅在14%左右，要做到如今電池組件廠商所推出的多柵高效產(chǎn)品是一件很困難的事情。通過(guò)導(dǎo)電漿料與印刷工藝的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，在過(guò)去兩年里一些品牌銀漿可以做到細(xì)線(xiàn)印刷，線(xiàn)寬僅50µm，且效率可達(dá)到17%以上，2013年眾多電池生產(chǎn)商在以往基礎(chǔ)上又取得進(jìn)一步發(fā)展，這些成績(jī)的獲得脫離不了導(dǎo)電漿料在其中的貢獻(xiàn)。
眼下細(xì)柵技術(shù)在電池企業(yè)之中得到試驗(yàn)與推廣，但其中存在的技術(shù)難度也變得越來(lái)越高，比如減少絲網(wǎng)印刷柵線(xiàn)寬度盡管有助于減少遮蔽帶來(lái)的損失，但卻會(huì)導(dǎo)致柵線(xiàn)線(xiàn)阻更高，這是留給設(shè)備制造商以及漿料供應(yīng)商的一個(gè)共同課題。為減小由于正面柵線(xiàn)條數(shù)增加引起的正面電極的遮蔽效應(yīng)，需要采用阻擋板、銀漿微加熱等技術(shù)解決了細(xì)柵線(xiàn)印刷問(wèn)題，減小正面遮光面積。 還有二次印刷技術(shù)，在電池片上需要刷兩次導(dǎo)電銀漿，要求對(duì)準(zhǔn)精確，這些都需要絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)爐等設(shè)備與漿料更好的兼容配合。
在領(lǐng)先材料供應(yīng)商杜邦公司的技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖里，計(jì)劃2015年達(dá)到22%電池轉(zhuǎn)換效率的目標(biāo)，好的接觸電阻表現(xiàn)、優(yōu)異的細(xì)線(xiàn)印刷能力、良好量產(chǎn)性能等是達(dá)到目標(biāo)的前提，其新開(kāi)發(fā)的DuPont™ Solamet® PV18x將提升細(xì)線(xiàn)印刷能力，可實(shí)現(xiàn)>0.1%的效率提升(如圖一)。
銀耗量五年降低0.17g
由于當(dāng)前各大光伏制造商對(duì)高效單多晶產(chǎn)品的競(jìng)相追逐，國(guó)內(nèi)外一線(xiàn)光伏上市公司紛紛與材料供應(yīng)商杜邦、賀利氏等簽訂戰(zhàn)略供應(yīng)合同，也正因?yàn)槿绱耍?012年、2013年業(yè)內(nèi)普遍比較低迷的時(shí)刻，原材料供應(yīng)商們的業(yè)務(wù)并未受到太大影響，依舊保持較高利潤(rùn)，這讓人感到眼紅。
另一方面，近兩年隨著硅料硅片價(jià)格的下降，原本在太陽(yáng)電池生產(chǎn)成本中占據(jù)重要位置的導(dǎo)電漿料變得越來(lái)越突出，其占比光伏電池(包括硅片環(huán)節(jié))總成本也逐步上升，達(dá)到14%以上。在太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)成本中，導(dǎo)電漿料成為除了硅材料之外，影響太陽(yáng)電池成本最重要材料。
由于導(dǎo)電漿料在其中扮演重要角色，為此太陽(yáng)電池、組件制造商對(duì)一款正面導(dǎo)電銀漿的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)中，成本也成為很重要的一個(gè)考慮因素，他們希望銀漿價(jià)格低，希望銀漿企業(yè)能幫助他們實(shí)現(xiàn)更低的銀耗量，減少印刷單耗，降低對(duì)貴金屬的依賴(lài)。
圖二：銀耗量逐年降低趨勢(shì)圖
有益于效率與成本，才存在發(fā)展空間，以往大家只知道導(dǎo)電漿料對(duì)提升電池轉(zhuǎn)換效率做出了貢獻(xiàn)，那么其對(duì)電池生產(chǎn)成本的降低作用在哪？減少銀漿使用量是一種方式，據(jù)測(cè)算，目前一塊2.8W的單晶電池片，需要正面銀漿料0.13克左右，背面銀漿料0.06克，這還是漿料供應(yīng)商們多年努力降本的成果。
表一：2009年至2013年銀耗量及正銀價(jià)格走勢(shì)
讓我們來(lái)做一個(gè)回顧，2009年－2013年過(guò)去的幾年里，太陽(yáng)電池的效率、電池銀耗量、組件價(jià)格以及導(dǎo)電漿料的價(jià)格出現(xiàn)了哪些變化，先看一組數(shù)據(jù)(如表一)。
從表一數(shù)據(jù)我們可以看到從2009年的0.30g到2013年的0.13g，五年期間單位銀耗量降低了0.17g，是持續(xù)下降的趨勢(shì)。雖然下降但銀漿價(jià)格同樣存在不穩(wěn)定性，還取決于銀價(jià)，白銀的價(jià)格通常隨當(dāng)年市場(chǎng)及需求價(jià)格出現(xiàn)波動(dòng)，這需要漿料供應(yīng)商及電池廠商保持對(duì)白銀的市場(chǎng)觀察，以做出正確合理的判斷。
減少對(duì)原材料的使用，同時(shí)是設(shè)備供應(yīng)商在千方百計(jì)思考的問(wèn)題。據(jù)設(shè)備制造商DEK太陽(yáng)能介紹，在二步印刷中使用其細(xì)柵鋼網(wǎng)(Fine L1ine Stencil™)將產(chǎn)生不錯(cuò)效果，通過(guò)首先用細(xì)絲絲網(wǎng)印刷主柵，接著再用Fine Line Stencil™印刷細(xì)柵，從而使效率更高、漿料消耗更低。它使每個(gè)印刷工藝都能使用優(yōu)化的漿料，不僅能精確控制主柵和細(xì)柵線(xiàn)的相對(duì)印刷高度，由此節(jié)約銀漿，還能使用無(wú)接觸的主柵漿料，以提高Voc，從而提高電池效率。
表二：未來(lái)幾年電池主要材料降低趨勢(shì)預(yù)估
為了更快的降低成本，有人提出刻槽埋柵、激光SE、局部背場(chǎng)以及新南威爾士的電鍍技術(shù)，甚至提出取代銀漿，實(shí)現(xiàn)正面無(wú)銀的猜想。以電鍍?yōu)槔?，它是用含銀的電鍍液，選擇現(xiàn)在流行的Ni/Cu/Ag三層度，成本比較劃算，一般是鎳、銅、銀三層，在這個(gè)架構(gòu)上，銀的份量減輕了，而銅比銀便宜很多；還有只用鎳和銅的，在價(jià)格上就拉開(kāi)了差距，差三分之一到四分之一的價(jià)格，當(dāng)中就是銅價(jià)和銀價(jià)的差額。DEK公司最近給出一份研究結(jié)果：電池效率提高，加上正面漿料減少40%，這對(duì)于眾多太陽(yáng)能電池制造商而言是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的前景。
替代產(chǎn)品及正面無(wú)銀的研發(fā)給漿料供應(yīng)商帶來(lái)了潛在威脅，他們需要證明更多的貢獻(xiàn)與實(shí)力。與用硅量不斷減少的規(guī)律一致，漿料供應(yīng)商們?cè)趲椭姵刂圃焐虒?shí)現(xiàn)逐年降低銀耗量的目標(biāo)，比如賀利氏(如圖二)。
鑒于降成本的考量與工藝的改進(jìn)，未來(lái)幾年減少原材料用量的趨勢(shì)還將持續(xù)，到2015年，太陽(yáng)電池用硅量將減少至6.0-8.0g/wp，而電池銀耗量將降低為0.09g，電池的厚度也將變薄(如表二、圖二)
來(lái)自：PV-Tech
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